Schöpfer einer wiederaufladbaren Welt - Asahi Kasei Honorary Fellow Akira Yoshino erhält den Nobelpreis für Chemie 2019

(PresseBox) ( Düsseldorf, )
Dr. Akira Yoshino, Honorary Fellow von Asahi Kasei, hat den Nobelpreis für Chemie gewonnen, wie die die Königliche Akademie der Wissenschaften am 9. Oktober in Stockholm bekannt gab. Yoshino, 71, Professor an der Meijo Universität, Japan, teilt sich den Preis mit zwei anderen Wissenschaftlern für die Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie – Professor John B. Goodenough aus den Vereinigten Staaten und dem Chemiker M. Stanley Whittingham aus Großbritannien. Ihre Erfindung wird als wiederaufladbare Batterie für Mobiltelefone, Laptops und andere Geräte verwendet. Sie kann auch erhebliche Mengen an Energie aus Solar- und Windkraft speichern und ermöglicht so eine Gesellschaft ohne fossile Brennstoffe und wird ein wichtiger Treiber für die Elektrifizierung in der Automobilindustrie sein.

Als Yoshino am Mittwochabend am Veranstaltungsort der Pressekonferenz von Asahi Kasei in Tokio ankam, bekam er von den anwesenden Mitarbeitern stehende Ovationen. "Ich war mehr verwirrt als glücklich", sagte Yoshino über seine Gefühle.

"Dr. Akira Yoshino schuf die Grundlage für die heutige Lithium-Ionen-Technologie und Industrie. Seine Erfindungen finden sich in Smartphones wieder, die Menschen auf der ganzen Welt verbinden und die Entstehung von Elektrofahrzeugen ermöglichen. Wir sind sehr stolz und dankbar, dass Yoshino weiterhin seine wissenschaftliche Kreativität bei Asahi Kasei einbringt ", sagte Hideki Tsutsumi, Geschäftsführer der Asahi Europe GmbH.

"Ich fühle mich sehr geehrt, zusammen mit den Pionieren John B. Goodenough und M. Stanley Whittingham den diesjährigen Nobelpreis für Chemie zu erhalten. Ich habe mich sehr gefreut zu hören, dass die Königlich Schwedische Akademie mein Werk als bedeutend für unsere Gesellschaft gewürdigt hat ", kommentierte Dr. Akira Yoshino. "Es erfüllt mich mit Dankbarkeit und Demut, dass meine Erfindung zu Lösungen für eine bessere und nachhaltige Welt beiträgt."

Mit der Verbreitung mobiler elektronischer Geräte wie dem Sony Walkman aus den 1970er Jahren stieg der Bedarf an leichten und kompakten wieder aufladbaren Batterien, die die herkömmlichen und nicht wieder aufladbaren Primärzellen ersetzen. Lithium wurde frühzeitig als leistungsfähiges Anodenmaterial für wieder aufladbare Batterien identifiziert. Die leichte Entflammbarkeit und die Anfälligkeit für Kurzschlüsse mit der Kathode stellten die Wissenschaft jedoch vor große Herausforderungen und verhinderte lange Zeit den praktischen Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien.

Ein gutes Gespür für neue Entwicklungen

"In den 1980er Jahren gab es viel Forschung und Entwicklung im Bereich der tragbaren Elektronik, und so wurden auch kleine und leichte Batterien mit hoher Energiedichte und Wiederaufladbarkeit benötigt. Aber niemand wusste wirklich, welche Art von wiederaufladbarem Akku gebraucht werden würde. Das große Schlagwort war zunächst "tragbar", bald kamen dann "kabellos" und "drahtlos" hinzu. Ich habe nur irgendwie die Richtung geahnt, in die sich die Trends bewegten. Man könnte auch sagen, ich hatte eben einen guten Riecher", berichtet Yoshino von diesen frühen Jahren.

Erschließung des Massenmarktes für tragbare elektronische Geräte

Die Entwicklung eines kleinen, leichten, wiederaufladbaren Akkus mit ausreichender Speicherkapazität durch Yoshino hat dazu beigetragen, einen Massenmarkt für tragbare elektronische Geräte zu erschließen, der vom Camcorder bis zum Laptop reicht. Seine wiederaufladbaren Batterien werden heute weltweit in fast fünf Milliarden Mobiltelefonen verwendet und haben die Entstehung von Elektrofahrzeugen ermöglicht. Vor seiner Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie (LIB) mussten die Anwender die Batterien entsorgen, wenn die in ihren Materialien enthaltene Energie erschöpft war, was eine Herausforderung für die Hersteller von tragbaren Elektronikprodukte darstellte.

Die Vermarktung des wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus wurde Anfang der 90er Jahre von Sony und einem Joint Venture zwischen Toshiba und Asahi Kasei vorangetrieben. Der Lithium-Ionen-Akku eröffnete den Weg für die schnelle weltweite Verbreitung mobiler elektronischer Geräte wie Smartphones oder Notebooks und stellt mit seiner Anwendung in der Elektromobilität auch für die Automobilindustrie eine wichtige Zukunftstechnologie dar. Ohne die erfolgreiche Kommerzialisierung dieser Technologie wäre digitale Mobilität im Alltag nicht möglich. Durch die Kombination bestehender und origineller Technologien ermöglichte Dr. Akira Yoshino 1985 die Lithium-Ionen-Batterie in ihrer heutigen Form.

Frühe Forschungsarbeit

Die Ursprünge von Yoshinos Erfindung gehen in die 1970er Jahre zurück. Damals forschte er nach seinem Eintritt in das japanische Chemieunternehmen Asahi Kasei an elektrisch leitfähigen Polymeren. Der Durchbruch gelang, als er den Wert der damals entdeckten Eigenschaften von Polyacetylen und Lithium-Kobalt-Oxid erkannte: Der japanische Chemiker Hideki Shirakawa fand 1977 heraus, dass Polyacetylen leitfähig ist, während der amerikanische Physiker John Goodenough 1979 entdeckte, dass Lithium-Kobalt-Oxid an der Luft stabil bleibt. Yoshino bemerkte, dass die Verwendung einer Polyacetylen-Anode und einer Lithium-Cobalt Oxid-Kathode seine Erfindung stabiler machen konnte als andere wiederaufladbare Batterien, die sich damals in der Entwicklung befanden.

Geschichte machende Erfindungen entstehen auch durch Zufall. Es war Dezember 1982, und Yoshinos Arbeitsplatz wurde einer jährlichen Büroreinigung unterzogen. Ohne etwas Besonderes an diesem Nachmittag zu tun, hob Yoshino eine ausländische Forschungsarbeit auf, die er vor einiger Zeit bestellt, aber noch nicht gelesen hatte. Beim Durchblättern stieß Yoshino auf einen überraschenden Fund: John B. Goodenough, Professor an der Oxford University, hatte 1980 in einem Papier geschrieben, dass ein Material namens "Lithium-Kobaltoxid" als starke positive Elektrode für wiederaufladbare Batterien dient. Das einzige Problem war, dass es keine negative Elektrode gab, die dazu passte.

"Was wäre, wenn ich Polyacetylen verwenden würde?" dachte Yoshino. Er las die Veröffentlichungen von Goodenough sehr sorgfältig, stellte selbst Lithium-Kobalt-Oxid her und kombinierte es mit dem Polymer. Es funktionierte. Er konnte die Batterie aufladen, und sie entlud die Elektrizität sanft. Es war der Durchbruch, auf den er gewartet hatte. Das grundlegende Fundament der Lithium-Ionen-Batterie war gelegt.

Wichtige Membran mit Sicherheitsfunktion

Er verwendete zudem eine dünne poröse Membran auf Polyethylen Basis, die als Trennwand zwischen den Materialien fungiert. Diese Membran hat eine Sicherheitsfunktion: Sobald sie schmilzt, wird die Funktion der überhitzten Batterie gestoppt, bevor sie in Brand geraten kann. Diese Membran, die das chemische Äquivalent einer Schmelzsicherung ist, wird heute immer noch eingesetzt, um das Brandrisiko für Lithium-Ionen-Batterien zu verringern.

Erste wieder aufladbare LIB

Dr. Yoshino erfand eine völlig neue Kombination aus Kohlenstoff (C) für die negative Elektrode und Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) für die positive Elektrode. Er entwickelte die grundlegende Technologie für LIBs, welche Aluminium als positives Stromabnehmermaterial verwendet und stellte somit die weltweit erste LIB-Zelle her. Weiterhin war der Forscher an maßgeblichen Entwicklungen für eine erfolgreiche Kommerzialisierung der LIB beteiligt. So entwickelte Dr. Yoshino ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden, zur Montage von Batterien sowie weitere Technologien, die wesentlich dazu beitrugen, aus der LIB eine kleine, leichte und wiederaufladbare Batterie zu machen.

Yoshinos erste wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie wurde 1983 hergestellt. Im Jahr 1985 reichte Asahi Kasei die japanische Patentanmeldung für die Batterie ein und begann mit deren Vermarktung. Yoshino arbeitete während seiner langen Karriere kontinuierlich an seiner Innovation. Er steigerte die Akkuleistung und verbesserte die Sicherheitsfunktionen. Weitere Patente trugen dazu bei, diese Lösungen zu schützen. Heute wird Yoshino in 56 japanischen und 6 europäischen Patenten als Erfinder aufgeführt.

Wegweisende Patente

Asahi Kasei lizenzierte das grundlegende LIB-Patent von Yoshino an andere Hersteller, darunter Sony, das die Technologie 1991 auf den Markt brachte. „Meine Erfindungen haben zu vielen Patenten für mein Unternehmen geführt", sagte Yoshino. „Die Patente sind nicht dazu da, Menschen fernzuhalten. Vielmehr lizenzieren wir unsere Patente, um zahlreiche andere Hersteller zu ermutigen, unsere Technologie zu nutzen. Einige meiner neuesten Innovationen dienen Batterien in Elektrofahrzeugen - und diese werden die Welt hoffentlich erneut verändern."

Längst hat die Lithium-Ionen-Batterie maßgeblich die schnelle Verbreitung von mobilen Elektronikgeräten wie Smartphones oder Notebooks ermöglicht und stellt mit ihrer Anwendung in der Elektromobilität auch für die Automobilindustrie eine wichtige Zukunftstechnologie dar.

Der Weltmarkt für Lithium-Ionen-Batterien wird in diesem Jahr rund 40 Milliarden € betragen, so Schätzungen. Es wird erwartet, dass das Volumen bis 2022 um 50% auf rund 60 Milliarden ansteigen wird.

Beeindruckender Werdegang

Yoshino, heute Ehrenmitglied des japanischen Technologiekonzerns Asahi Kasei, war bei seinem Eintritt in das Unternehmen 1972 kein Experte für Batterie-Technologie. Er gehörte zu den 350 Neueinstellungen in diesem Jahr, war aber einer von einer Handvoll Forschern mit Master-Abschluss.

Akira Yoshino wurde am 30. Januar 1948 in Fujisawa, Kanagawa-Präfektur, Japan geboren. Von 1970 an studierte er Chemie an der Universität Kyoto. Parallel zum Beginn seines Masterstudiums in Chemie trat er 1972 Asahi Kasei bei. 2005 erwarb er seinen Doktorgrad in Ingenieurswissenschaften an der Universität Osaka. Nach seinem Eintritt bei Asahi Kasei 1972 war Akira Yoshino langjähriger Mitarbeiter im Labor in Kawasaki, bevor er 1992 zum Leiter der Ionenbatterie-Entwicklungsabteilung ernannt wurde. Nach weiteren Stationen als Leiter der Ionenbatteriegruppe und der Entwicklungsabteilung für Batteriematerialien, wurde er 2005 Generaldirektor des nach ihm benannten Yoshino-Labors bei Asahi Kasei.

Seit 2010 ist Akira Yoshino Leiter des Lithium-Ion-Battery Technology and Evaluation Center (LIBTEC). 2017 wurde er zum Professor des wissenschaftlich-technischen Kollegs der Meijo-Universität in Tokyo berufen. Im gleichen Jahr wurde er von Asahi Kasei zum Honorary Fellow ernannt. Mit seinen Experimenten und der Kombination von bestehenden und eigenen Technologien konnte Akira Yoshino die praktische Anwendungsmöglichkeit der Lithium-Ionen-Batterie beweisen. Seine Beiträge ermöglichten außerdem die folgenden Eigenschaften der Batterie:


leichtes, kompaktes und platzsparendes Design
hohe Zellspannung von 4 Volt und mehr
geringe Selbstentladerate
Hochstromfähigkeit


Als ehrenamtlicher wissenschaftlicher Mitarbeiter von Asahi Kasei und Leiter des Lithium-Ion-Battery Technology and Evaluation Center (LIBTEC), ist Akira Yoshino auch im Ruhestand noch aktiv in die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen Batterietechnik involviert.

Neugierig auf neue Herausforderungen

Akira Yoshino hat auch eine Botschaft für Nachwuchswissenschaftler: “Wir leben in einer Gesellschaft, die mit Informationen überschwemmt wird. Daher kann es für junge Wissenschaftler schwierig sein, die richtigen Nischen zu finden. Sie müssen begreifen, dass es viele Bereiche gibt, in denen unbekannte Dinge darauf warten, entdeckt zu werden. Es gibt viele Möglichkeiten für bahnbrechende Forschung und Entwicklung! Mit einer klaren Zielsetzung und beharrlicher Anstrengung sind die Möglichkeiten endlos. Was mich betrifft, so werde ich weiterhin an vorderster Front in der Forschung stehen und Herausforderungen in neuen Bereichen annehmen“.

Wichtige Preise und Auszeichnungen


1999:     Gesellschaft japanischer Chemiker – Chemietechnik-Preis für die Errungenschaften bei der Entwicklung der Lithium-Ionen-Batterie



2004:     Regierung von Japan – Ehrenmedaille mit violettem Band



2012:     Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (USA) – IEEE-Medaille für Umwelt- und Sicherheitstechnologien



2013:     Russische Föderation – Globaler Energiepreis



2014:     Nationale Akademie für Ingenieurwissenschaften – Charles Stark Draper Preis (USA)



2016:     Der NIMS Award 2016 des Nationalen Instituts für Werkstoffkunde (NIMS) – NIMS Preis (Japan)



2018:     Japan Preis Stiftung – Japan Preis
2019:     Europäisches Patentamt – Europäischer Erfinderpreis


Mehr Informationen finden Sie auf der Website der Königlichen Akademie Stockholm:

https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2019/press-release/

https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/advanced-chemistryprize2019.pdf

https://www.nobelprize.org/uploads/2019/10/popular-chemistryprize2019.pdf
Für die oben stehenden Pressemitteilungen, das angezeigte Event bzw. das Stellenangebot sowie für das angezeigte Bild- und Tonmaterial ist allein der jeweils angegebene Herausgeber (siehe Firmeninfo bei Klick auf Bild/Meldungstitel oder Firmeninfo rechte Spalte) verantwortlich. Dieser ist in der Regel auch Urheber der Pressetexte sowie der angehängten Bild-, Ton- und Informationsmaterialien.
Die Nutzung von hier veröffentlichten Informationen zur Eigeninformation und redaktionellen Weiterverarbeitung ist in der Regel kostenfrei. Bitte klären Sie vor einer Weiterverwendung urheberrechtliche Fragen mit dem angegebenen Herausgeber. Bei Veröffentlichung senden Sie bitte ein Belegexemplar an service@pressebox.de.